Thermische Analyse und Ionenmobilität gekoppelt mit hochauflösender Massenspektrometrie für die Charakterisierung organischer Aerosole

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446129707

Anthropogene Luftverschmutzung führt zu einer Exponierung der Umwelt mit einer Großzahl an organischen Kontaminationsstoffen, welche einen substantiellen Einfluss auf die Gesundheit und das Klima haben. Der signifikante Einfluss auf die Menschheit und die hohe molekulare Komplexität von organischen Aerosolen motiviert die Entwicklung von neuartigen analytischen Techniken.Das Hauptziel des angestrebten dreijährigen Projektes zwischen der Universität Rostock (Deutschland) und der Universität Rouen-Normandie (Frankreich) ist die Entwicklung von Emissionsgasanalyseverfahren (EGA) gekoppelt an modernste massenspektrometrische Plattformen für die detaillierte chemische Beschreibung von primären und sekundären organischen Aerosolen. Die Expertise beider Arbeitsgruppen in hochauflösender Massenspektrometrie stellt die Fourier-Transformation Ionen Zyklotron Resonanz Massenspektrometrie (FT-ICR MS) und die hochauflösende Flugzeitmassenspektrometrie als zentrale analytische Basis heraus und erlaubt Einblicke auf molekularer Ebene. Drei EGA-Verfahren werden hierbei genutzt: ein beheizter direkter Probeneinflass (direct insertion probe – DIP), ein thermisch-optischer Kohlenstoffanalysator, und die Gaschromatographie. Ionenmobilitätsspektrometrie wird als wichtige zusätzliche Technik zur Separierung der emittierten Komponenten basierend auf Größe und Form dienen.Folgende Ziele sollen durch die Informationen der verschiedenen analytischen Ansätze erreicht werden: 1) Einblick in die isomerische Komplexität organischer Aerosole, 2) Beschreibung der chemischen Funktionalitäten auf molekularer Ebene, und 3) chemischer Vergleich von primären und sekundären (geformt durch chemische Alterungsprozesse) Emissionen. Strukturelle Informationen werden durch die Kombination der gaschromatographischen Retentionszeit, selektiver Ionisierungstechniken (z.B. Photoionisierung für aromatische Spezies), dem Fragmentierungsmuster (pyrolytisch vom Direkteinlass und durch Stoßfragmentierung im Massenspektrometer) und der Ionenmobilitätsmessung gewonnen. Dabei werden unter anderem theoretische Berechnungen der Kollisionsquerschnitte eine Rolle spielen.Zusammenfassend wird es möglich sein eine molekulare Bibliothek von verschiedenen Aerosolquellen und –typen aufzustellen. Durch neuartige rechtliche Bestimmungen der internationalen Schifffahrt, besteht ein besonderer Fokus auf die Emissionen von Schiffsmotoren. Die Bibliothek kann in zukünftigen Vorhaben mit Gesundheitseffekten verknüpft werden oder es ermöglichen den klimatischen Einfluss des partikulären Materials besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Carlos Afonso, Ph.D.